掺杂聚多巴胺颗粒近红外响应型智能水凝胶的研究

发布时间：2017-09-29 07:04

  本文关键词：掺杂聚多巴胺颗粒近红外响应型智能水凝胶的研究

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【摘要】：水凝胶因其内部三维结构、保水性和生物相容性等优点,广泛应用于组织修复与组织再生领域。刺激-响应性水凝胶可以通过刺激来改变水凝胶结构或性质,从而达到多功能响应的目的,是现阶段研究热点。近红外响应型水凝胶是一种有具有广泛应用前景的刺激-响应性水凝胶,能够通过精确控制光源的辐照强度、辐照时间以及照射位点实现多方面的响应目的。传统近红外响应材料的报道集中在氧化石墨烯、纳米金、碳纳米管、聚吡咯等,但这些材料存在的细胞毒性或潜在生物毒性等问题限制了其在生物医学领域的应用。本研究引入了仿贻贝材料聚多巴胺纳米颗粒(PDA NPs),制备近红外响应型水凝胶,其不但具有良好近红外光效转化效应,而且还有良好生物相容性、组织亲和性和粘附性。首先通过氧化自聚合的方法制备出PDA纳米颗粒,通过测量聚多巴胺颗粒分散液在近红外辐照下的温度变化,证明PDA颗粒在近红外照射下的高效光热转化效应。其次,将PDA NPs分散到N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体中,通过自由基聚合形成PDA/PNIPAM水凝胶。由于结合了温敏特性的PNIPAM和红外效应的PDA NPs, PDA/PNIPAM水凝胶具有近红外刺激体积转变的响应特征。通过红外刺激地塞米松的控释实验、双层水凝胶的驱动实验、水凝胶断裂愈合实验,表明PDA/PNIPAM智能水凝胶在近红外一种刺激源的作用下能够产生多重的响应,包括控制药物释放、近红外驱动、近红外辅助愈合。药物释放方面,近红外刺激下,含有聚多巴胺颗粒水凝胶的模型药物释放量比对照组多出16%左右；驱动行为方面,PDA/PNIPAM水凝胶在近红外的照射下30秒内发生弯曲行为；水凝胶自修复方面,断裂的PDA/PNIPAM水凝胶在近红外辐照下能有效愈合,且愈合程度随聚多巴胺颗粒含量的增加而增大,直至完全愈合。更进一步,通过聚多巴胺颗粒对水凝胶表面的修饰得到具有聚多巴胺纳米颗粒表面涂层的水凝胶(PDA/PNIPAM-C),使该水凝胶的具有良好的组织粘附性和生长因子/蛋白固载能力。首先,由于PDA具有粘附能力,使得PDA/PNIPAM-C水凝胶比未经聚多巴胺修饰的水凝胶与皮肤的组织粘附强度高出约145%；其次,由于PDA NPs丰富的功能基团,使PDA/PNIPAM-C水凝胶对碱性磷酸酶(ALP)和表皮生长因子(EGF)的释放速度明显慢于与未经聚多巴胺修饰的水凝胶；最后,由于PDA NPs具有生物相容性及细胞亲和性,该水凝胶的表面培养的细胞活性良好。通过活体皮肤修复实验,表征多巴胺纳米颗粒表面涂层的水凝胶皮肤缺损修复能力。通过将聚多巴胺颗粒修饰以及载入EGF的水凝胶作为皮肤辅料,用于修复老鼠背部5mm直径的皮肤损伤。结果发现术后第9天的修复率达到68.5%。通过组织切片及染色分析皮肤缺损的修复情况,表明PDA与EGF共同作用,提高了水凝胶的皮肤缺损修复的能力。综上,本论文通过将温敏性的PNIPAM和仿贻贝材料相结合,制备出的水凝胶不仅具有近红外多重响应性,并且生物相容性良好。进一步通过聚多巴胺颗粒的表面修饰的方法解决水凝胶作为皮肤敷料应用中的组织粘附性差以及生物分子难固定的问题,以达到促进损伤皮肤修复的效果。
【关键词】：智能水凝胶 近红外响应 聚多巴胺颗粒 聚(N-异丙基丙烯酰胺) 皮肤修复
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R318.08
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 绪论13-28
• 1.1 智能水凝胶13-19
• 1.1.1 智能水凝胶体系13-15
• 1.1.2 近红外响应型水凝胶15-16
• 1.1.3 智能水凝胶的应用16-19
• 1.2 仿贻贝类材料19-23
• 1.2.1 仿贻贝类水凝胶19-21
• 1.2.2 仿贻贝类微囊/颗粒21-23
• 1.3 皮肤缺损修复23-25
• 1.3.1 皮肤创伤愈合23-24
• 1.3.2 皮肤伤口敷料24-25
• 1.4 本论文研究目的、研究内容及创新25-28
• 1.4.1 本论文研究目的25-26
• 1.4.2 本论文研究内容26
• 1.4.3 本论文主要创新点26-28
• 第2章 N-异丙基丙烯酰胺复合聚多巴胺水凝胶的制备及其智能性28-42
• 2.1 前言28
• 2.2 实验方法与材料表征28-32
• 2.2.1 聚多巴胺纳米颗粒的制备28-29
• 2.2.2 PDA/PNIPAM复合水凝胶的制备29-30
• 2.2.3 聚多巴胺纳米颗粒和PDA/PNIPAM复合水凝胶的性能表征30-31
• 2.2.4 PDA/PNIPAM复合水凝胶的近红外响应特性表征31-32
• 2.3 结果与讨论32-41
• 2.3.1 聚多巴胺纳米颗粒的形貌及光热转化性能32-33
• 2.3.2 PDA/PNIPAM复合水凝胶理化性质33-35
• 2.3.3 近红外刺激对水凝胶的体积和形貌的影响35-38
• 2.3.4 近红外驱动水凝胶38-39
• 2.3.5 近红外控制释放药物39-40
• 2.3.6 近红外辅助自愈合40-41
• 2.4 本章小结41-42
• 第3章 聚多巴胺颗粒表面修饰智能水凝胶42-52
• 3.1 前言42
• 3.2 实验方法与表征42-45
• 3.2.1 聚多巴胺颗粒修饰水凝胶表面42
• 3.2.2 聚多巴胺颗粒修饰水凝胶表面的理化表征42-43
• 3.2.3 碱性磷酸酶和表皮细胞生长的负载及体外释放测试43-44
• 3.2.4 体外细胞实验44-45
• 3.3 结果分析与讨论45-50
• 3.3.1 聚多巴胺表面修饰形貌45-46
• 3.3.2 粘性强度46-47
• 3.3.3 碱性磷酸酶释放47-48
• 3.3.4 表皮细胞生长因子释放48-49
• 3.3.5 细胞增殖49-50
• 3.4 本章小结50-52
• 第4章 聚多巴胺颗粒表面修饰的水凝胶用于大鼠皮肤缺损修复52-59
• 4.1 前言52
• 4.2 实验方法与表征52-55
• 4.2.1 实验材料52
• 4.2.2 材料准备52
• 4.2.3 动物实验52-54
• 4.2.4 术后皮肤愈合表征54-55
• 4.3 结果与讨论55-58
• 4.3.1 皮肤损伤创面闭合比率55-56
• 4.3.2 H&E和Masson染色分析56-57
• 4.3.3 炎症细胞分析57-58
• 4.4 本章小结58-59
• 结论59-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-72
• 攻读硕士学位期间发表的论文72

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本文编号：940605